It has become increasingly apparent that the misregulation of histone modification actively contributes to cancer. The histone H3 lysine 79 (H3K79) methyltransferase Dot1l has been implicated in the development of leukemias bearing translocations of the Mixed Lineage Leukemia (MLL) gene. We studied the global epigenetic profile for H3K79 dimethylation and found abnormal H3K79 dimethylation profiles exist not only in leukemias driven by MLL-fusion proteins with nuclear partners like AF9, but also in leukemia with MLL-fusions containing cytoplasmic partners like AF6. Genetic inactivation of Dot1l led to downregulation of fusion target genes and impaired both in vitro bone marrow transformation and in vivo leukemia development by MLL-AF10, CALM-AF10 as well as MLL-AF6, suggesting that aberrant H3K79 methylation by DOT1L sustains fusion-target gene expression in MLL rearranged leukemias and CALM-AF10 rearranged leukemias. Pharmacological inhibition of DOT1L selectively killed MLL-AF10 and MLL-AF6 transformed cells but not Hox9/Meis1 transformed cells, pointing to DOT1L as a potential therapeutic target in MLL-rearranged leukemia. We further characterized the DOT1L complex under physiological conditions from human leukemia cells and identified AF10 as a key DOT1L complex component. Given the importance of H3K79 methylation in MLL-rearranged leukemia, we sought to study the role of DOT1L complex component AF10 in H3K79 methylation and MLL leukemia. We generated conditional knockout mice in which the Dot1l-interacting octapeptide-motif leucine-zipper (OM-LZ) domain of Af10 was flanked by LoxP sites. Cre induced deletion of \(Af10^{OM-LZ}\) is predicted to abrogate the Af10-Dot1l interaction. Our histone mass spectrometry data demonstrated that deletion of the endogenous \(Af10^{OM-LZ}\) domain abrogated global H3K79 dimethylation but retained H3K79 monomethylation. Interestingly, bone marrow transformation by MLLAF6 and MLL-AF9 is abrogated by induced deletion of endogenous \(Af10^{OM-LZ}\), while bone marrow transformation by MLL-AF10 and CALM-AF10 is not affected by deletion of endogenous \(Af10^{OM-LZ}\), confirming the importance of Af10-Dot1l interaction in MLL- or CALM fusion-leukemias. Moreover, we showed \(Af10^{OM-LZ}\) deletion prolonged survival of MLL-AF9 leukemia in vivo and led to chromotin compaction and downregulation of MLL fusion targets in MLL-AF9 leukemia. Therefore our results demonstrate a role for Af10 in the conversion of H3K79 monomethylation to dimethylation and reveal the AF10-DOT1L interaction as an attractive therapeutic target in MLL-rearranged leukemias.

L’infection par le virus de l’herpès simplex de type 1 (HSV-1), un virus pathogène humain majeur, engendre la déstabilisation des centromères. Cette déstabilisation est induite par la protéine virale ICP0, et entraîne la dégradation par ICP0, via le protéasome, des protéines CENP-A, -B et CENP-C. Des résultats obtenus au laboratoire ont mis en évidence le phénomène iCDR (pour interphase Centromere Damage Response) qui implique la redistribution de la coïline, fibrillarine et SMN dans ces structures centromériques déstabilisées par ICP0 mais également par des drogues ou des siRNAs dirigés contre des constituants protéiques essentiels pour la stabilité des centromères. Il a été étudié leur interdépendance dans la réponse iCDR. Il a été ainsi démontré que la redistribution de SMN aux centromères déstabilisés est dépendante de : 1) la présence de la coïline aux centromères, et 2) de son interaction, via son domaine TUDOR, avec l’histone H3 méthylée sur la lysine K79 par l’enzyme Dot1L. L’équipe suggère donc l’hypothèse que ces protéines ont pour rôle de protéger l’ADN nu se trouvant aux centromères après dégradation des histones pour empêcher les cellules de rentrer en apoptose. Ces résultats ont mené à démontrer l’implication de certaines des protéines de l’iCDR et notamment la coïline, dans une réponse apoptotique générale suite à un stress UV. Ces protéines pourraient donc faire partie d’un mécanisme de contrôle qui serait défini comme un checkpoint centromérique / Infection by Herpes Simplex Virus type 1, a major pathogenic virus in human, has been shown to cause centromere destabilization. The infected cell protein 0 (ICP0) induces centromere destabilization and lead to proteasomal-dependent degradation of the proteins of the centromeres, CENP-A, -B and CENP-C. Recent data, obtained in our laboratory, highlights the interphase Centromere Damage Response (iCDR) phenomena. This phenomena involves centromeric accumulation and redistribution of the Cajal body-associated coilin and fibrillarin as well as the Survival Motor Neuron (SMN) proteins by ICP0 or by other drugs or siRNA targeting several constitutive centromere proteins known to play a major role in centromeres stabilization. Our data shows that SMN reditribution in the destabilized centromere is dependent of : 1) centromeric presence and accumulation of the coilin, 2) its interaction, via the TUDOR domain, with the methylated (Lys K79) histone H3. This methylation occurs in the presence of the Dot-1L enzyme. We hypothesize that these proteins play a critical role in safeguarding centromeric DNA to prevent the cells from apoptosis after Histone degradation. These observations, demonstrate the implication of certain iCDR proteins, more specifically the coilin, in the apoptotic response following a UV stress. In conclusion, these proteins could be part of a safeguard mechanism considered as a centromeric checkpoint

Les résultats du criblage siRNA destiné à identifier de nouveaux acteurs de la NER, sont en court d’exploitation mais nous mettons déjà en évidence le rôle de certains gènes impliqués dans la biochimie des ARNm comme ceux empêchant la formation des hybrides ARN/ADN dans l’efficacité de réparation des lésions UV. En étudiant le rôle de la methyltransférase DOT1L, nous avons montré que son absence dans des fibroblastes embryonnaires de souris (MEFDOT1L) conduit à une sensibilité de ces cellules aux irradiations UV alors que la réparation des lésions produites par cette irradiation est intacte. L’absence de DOT1L conduit en réalité à une inhibition de l’initiation de la transcription des gènes après irradiation. Au niveau mécanistique, des expériences de STRIP-FRAP ont établit que DOT1L assurait l’association de l'ARN polymérase II à la chromatine après irradiation UV. Dans une analyse plus détaillée, nous avons montré que DOT1L favorisait la formation du complexe de pré-initiation au niveau du promoteur des gènes de ménage ainsi que l'apparition de marques d’euchromatine transcriptionnellement actives. Bien que l'expression des gène de ménage soit inhibée, une analyse transcriptomique montre que les gènes pro-apoptotiques sont fortement transactivés chez les MEFDOT1L après irradiation. Le traitement à la trichostatine A, qui relaxe la chromatine, diminue la transactivation des gènes apoptotiques et restore l’initiation de la transcription et la survie aux UV. Sur la base de ces données, nous proposons que DOT1L garde structure de la chromatine ouverte après UV. / As a result of siRNA screening we identified new players at the interface between NER machinery and chromatin. Despite it is ongoing study we already highlighted that certain genes which are involved in the biochemistry of mRNA such as splicing and preventing the formation of RNA:DNA hybrids are important for efficient repair of UV damage. Studying the role of histone H3 lysine 79 methyltransferase DOT1L, we have shown that its absence in mouse embryonic fibroblasts leads to high sensitivity of these cells to UV irradiation while the repair of lesions produced by UV irradiation remains intact. The absence of DOT1L leads to an inhibition of the initiation of gene transcription after UV irradiation. At the mechanistic level, STRIP-FRAP experiments have established that DOT1L assured the association of RNA polymerase II to the chromatin after UV irradiation. In a more detailed analysis, we show that DOT1L favors the formation of pre-initiation complex at the promoter of housekeeping genes as well as the appearance of marks of the transcriptionally active euchromatin. Although the expression of the housekeeping gene is inhibited, a transcriptomic analysis shows that the proapoptotic genes are highly transactivated in DOT1L depleted cells after UV irradiation. Treatment with trichostatin A, which relaxes the chromatin, lowers the transactivation of proapoptotic genes and restores the transcription initiation as well as cell survival after UV. On the basis of these data, we propose that DOT1L keeps the opened chromatin structure after UV irradiation.

Le cancer, principale cause de mortalité dans le monde, est un problème majeur de santé publique. Malgré les nombreux traitements disponibles, il est nécessaire de développer de nouvelles thérapies plus efficaces et moins envahissantes. Aujourd’hui la connaissance du génome humain a dirigé la recherche vers de nouvelles approches: il est possible de moduler la réponse biologique en contrôlant l'accès aux informations génétiques via la régulation épigénétique.L’épigénétique est l’ensemble des modifications de l’expression des gènes n’entraînant pas de modifications dans la séquence d’ADN, qui mènent à un phénotype héritable et stable. Chez les eucaryotes, la régulation épigénétique implique des modifications covalentes de l'ADN (méthylation) et des histones (acétylation, méthylation…). Ces phénomènes modifient la structure de la chromatine, aboutissant à une configuration "ouverte" ou "fermée" permettant la transcription ou la répression de gènes. Dans une situation cancéreuse, le profil épigénétique est modifié ; la méthylation anormale de l’ADN ou des histones mène à la répression de certains gènes comme des gènes suppresseurs de tumeur, ou à l’expression des oncogènes. Contrairement aux changements génétiques irréversibles, les aberrations épigénétiques sont des modifications chimiques réversibles. Ainsi, des molécules capables de rétablir l'équilibre épigénétique représentent des outils thérapeutiques potentiels contre le cancer.La méthylation et l’acétylation sont les modifications épigénétiques les plus étudiées. La méthylation de l’ADN est catalysée par les ADN méthyltransférases (DNMTs), et la méthylation des histones par les histones méthyltransférases (HMTs).Le sujet de ce projet doctoral est porté sur les HMTs et en particulier sur DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomericsilencing), responsable des méthylations du résidu Lys79 de l’histone 3 (H3K79), conduisant à la transcription des oncogènes. En effet, des études ont montré que DOT1L est liée à la leucémie et se révèle être une cible intéressante à inhiber. DOT1L comme les DNMT ont un même cofacteur : le SAM (S-adénosyl-L-méthionine). Certains de leurs inhibiteurs présentent un mécanisme d'inhibition commun : ils entrent en compétition avec SAM.Nous présentons la conception basée sur des études de modélisation moléculaire, et la synthèse multi-étapes des séries des molécules formées par 3 motifs principaux : a) un motif aminopyrimidine, b) un motif de type benzimidazole ou phénylurée, liés par c) un groupement phényle ou hétérocyclique. L’activité des composés synthétisés sur DOT1L a été évaluée et des relations structure-activité (RSA) ont été établies. L’activité sur DNMT et d’autres HMTs a été déterminée également afin d’étudier la spécificité de nos composés.Différents structures ont été identifiées comme point de départ pour aboutir à des inhibiteurs sélectives de DOT1L ou à des inhibiteurs mixtes DOT1L/DNMT. Ces molécules sont considérées comme des outils thérapeutiques intéressants dans le traitement du cancer. / Cancer is a serious issue of public health as it is one of the main causes of mortality worldwide. Despite the multiple available treatments, it is necessary to develop more efficient and less invasive therapies against cancer. The knowledge of the human genome and epigenome has directed research to new cancer treatment approaches: it is possible to modulate the biological outcome by controlling the access to the genetic information by means of the epigenetic regulation.Epigenetics are the changes happening on the genome without modifying its DNA sequence, leading to a heritable andstable phenotype. In the eukaryotic chromatin, epigenetic regulation implies covalent modifications of DNA and histones. These chemical modifications remodel the chromatin structure leading to an “opened” or “closed” configuration, which is related to the expression or repression of genes. The epigenetic landscape is altered in cancers; for example, abnormal methylation leads to the silencing of certain genes (such as tumor suppressor genes), or to the over-expression of oncogenes. Unlike genetic alterations that are irreversible, epigenetic aberrations are reversible. Thus, molecules that can reestablish the epigenetic balance represent potent therapeutic tools for cancer treatment.Methylation and acetylation are the most studied epigenetic modifications. DNA methylation is carried out by the DNAmethyltransferases (DNMTs) and histone methylation by the histone methyltransferases (HMTs).This PhD project was focused on the histone methyltransferase DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomeric silencing), responsible of methylation of residue Lys79 of histone 3 (H3K79), which leads to the transcription of some oncogenes. Recent studies have shown that DOT1L is implicated in MLL-rearranged leukemia (MLL-r, Myeloid-Lymphoid Leukemia) thus it is a potent target in cancer. As DOT1L and DNMTs share the same cofactor, S-adenosyl-L-methionine (SAM), DNMT and DOT1L inhibitors can present a common inhibition mechanism by competing with SAM.We present herein the in silico – based design, and the multi-step synthesis of some series of molecules containing 3 main moieties: a) an aminopyrimidine motif and b) a benzimidazole or phenylurea motif, linked by c) a phenyl or heterocycle motif. DOT1L activity was determined for the different compounds synthesized and structure-activity relationships (SAR) were established. The activity on DNMT and other HMTs was determined as well, in other to study the DOT1L specificity of our compounds.Different scaffolds were identified to obtain DOT1L-selective or DOT1L/DNMT dual inhibitors. These molecules are interesting therapeutic tools for cancer treatment.

acase@tulane.edu

Les résultats du criblage siRNA destiné à identifier de nouveaux acteurs de la NER, sont en court d'exploitation mais nous mettons déjà en évidence le rôle de certains gènes impliqués dans la biochimie des ARNm comme ceux empêchant la formation des hybrides ARN/ADN dans l'efficacité de réparation des lésions UV. En étudiant le rôle de la methyltransférase DOT1L, nous avons montré que son absence dans des fibroblastes embryonnaires de souris (MEFDOT1L) conduit à une sensibilité de ces cellules aux irradiations UV alors que la réparation des lésions produites par cette irradiation est intacte. L'absence de DOT1L conduit en réalité à une inhibition de l'initiation de la transcription des gènes après irradiation. Au niveau mécanistique, des expériences de STRIP-FRAP ont établit que DOT1L assurait l'association de l'ARN polymérase II à la chromatine après irradiation UV. Dans une analyse plus détaillée, nous avons montré que DOT1L favorisait la formation du complexe de pré-initiation au niveau du promoteur des gènes de ménage ainsi que l'apparition de marques d'euchromatine transcriptionnellement actives. Bien que l'expression des gène de ménage soit inhibée, une analyse transcriptomique montre que les gènes pro-apoptotiques sont fortement transactivés chez les MEFDOT1L après irradiation. Le traitement à la trichostatine A, qui relaxe la chromatine, diminue la transactivation des gènes apoptotiques et restore l'initiation de la transcription et la survie aux UV. Sur la base de ces données, nous proposons que DOT1L garde structure de la chromatine ouverte après UV.

No description available.